Você aprendeu em Matemática que uma fração é a representação da parte de um todo (de um ou mais inteiros). Por exemplo, se uma pizza é dividida em 5 pedaços, você come 3 deles e um amigo seu come os 2 restantes, então, isso significa que você comeu o que representa 3/5 da pizza e o seu amigo comeu 2/5 dela. A soma dessas frações corresponde à pizza inteira:
3 + 2 = 5 = 1
5 5 5
No caso da concentração das soluções químicas na forma de fração em quantidade de matéria (também chamada de fração molar), segue-se um raciocínio similar, pois essa grandeza corresponde à relação entre a quantidade de matéria (número de mol) do soluto ou do solvente em relação à quantidade de matéria da solução inteira.
Assim, temos:
Fração em mol de soluto = quantidade de matéria do soluto (ou solvente)
quantidade de matéria da solução
∕ \
x1 = n1 ou x2 = n2
n n
Sendo que “x” é o símbolo da fração em quantidade de matéria e “n” é o símbolo do número de mol. Em todos os cálculos das concentrações das soluções químicas, convencionou-se usar o índice “1” para se referir ao soluto, o índice “2” para se referir ao solvente e nenhum índice para se referir à solução inteira.
O valor da quantidade de matéria da solução inteira (n) pode ser encontrado pela soma das quantidades de matéria do soluto e do solvente:
n = n1 + n2
Assim, as fórmulas acima para a fração molar podem ser substituídas por:
x1 = ___n1___ ou x2 = ___n2___
n1 + n2 n1 + n2
Lembre-se também de que geralmente o número de mol não é fornecido, mas sim a massa de soluto e de solvente em gramas que foi utilizada. Conforme mostra a fórmula abaixo, por meio dessas massas, podemos descobrir a quantidade de matéria:
n = m (massa em gramas)
M (massa molar)
Considere um exemplo:
Uma solução foi preparada ao se dissolver 38g de cloreto de cálcio em 36g de água. Qual é a fração em mol de soluto nessa solução?
Resolução:
Dados:
x1 = ? (é o que queremos descobrir)
n1 = ?
n2 = ?
n = ?
m1 = 38g
m2 = 36g
* Precisamos primeiro descobrir a quantidade de matéria do soluto e do solvente (n1 e n2) por meio das massas respectivas:
* Número de mol do soluto: * Número de mol do solvente:
n1 = m1 n2 = m2
M1 M2
n1 = 38 g n2 = 36 g
M1 M2
As massas molares do cloreto de cálcio (CaCl2) e da água (H2O) podem ser calculadas através da consulta do valor das massas atômicas de cada elemento na Tabela Periódica e do seguinte cálculo:
Ca Cl2 H2 O
M1 = 1 . 40,1 + 2 . 35,5 = 111,1 g/mol M2 = 2 . 1 + 1 . 16 = 18 g/mol
Substituindo nas fórmulas:
* Número de mol do soluto: * Número de mol do solvente:
n1 = 38 g n2 = 36 g
111,1 g/mol 18 g/mol
n1 = 0,34 mol n2 = 2 mol
n = n1 + n2
n = 0,34 + 2
n = 2,34 mol
Agora podemos jogar esses valores na fórmula da fração molar e descobrir a fração em mol de soluto nessa solução:
x1 = n1
n
x1 = 0,34 mol
2,34 mol
x1 = 0,14
A questão não pediu, mas se quiséssemos descobrir a fração em mol do solvente, era só aplicar na fórmula também:
X2 = n2
n
x2 = 2,0 mol
2,34 mol
x2 = 0,86
Por meio desse exemplo, podemos observar dois pontos importantes:
- As frações em mol (x) não possuem unidades;
- A soma das frações em mol de todos os componentes da solução é sempre igual a 1: x1 + x2 = 1.
Veja como isso é verdade: 0,14 + 0,86 = 1.
Os mesmos cálculos podem ser feitos para misturas em que todos os participantes são líquidos ou gasosos.
